package com.aqie.easy.structure;



import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
import java.util.Stack;

/**
 * 二分搜索树
 */
public class BST2<E extends Comparable<E>> {
    private class Node{
        public E e;     // 存储元素
        public Node left,right;
        public Node(E e){
            this.e = e;
            left = null;
            right = null;
        }
    }

    private Node root;  // 根节点
    private int size;   // 二分搜索树元素个数
    public BST2(){
        root = null;
        size = 0;
    }

    public int getSize(){
        return size;
    }

    public boolean isEmpty(){
        return size == 0;
    }

    // 向二分搜索树中添加新的元素
    public void add(E e){
        // 根节点本身为空
        root = add(root,e);
    }


    /**
     * 向以node 为根的二分搜索树插入元素E,递归
     * 小于根节点添加左边,大于添加到右边
     * @param node
     * @param e
     * @return 返回插入新节点后二分搜索树的根
     */
    private Node add(Node node,E e){
        // 空本身也是一个二叉树
        if(node == null){
            size ++;
            return new Node(e);
        }
        // else 相等情况什么都不做
        if(e.compareTo(node.e) < 0){
            node.left = add(node.left, e);
        }else if(e.compareTo(node.e) > 0){
            node.right = add(node.right,e);
        }
        return node;
    }

    // 看二分搜索树中是否包含元素e
    public boolean contains(E e){
        return contains(root, e);
    }

    // 看以node为根的二分搜索树中是否包含元素e, 递归算法
    private boolean contains(Node node, E e){
        if(node == null)
            return false;
        if(e.compareTo(node.e) == 0)
            return true;
        else if(e.compareTo(node.e) < 0)
            return contains(node.left, e);
        else // e.compareTo(node.e) > 0
            return contains(node.right, e);
    }

    // 二分搜索树的前序遍历
    public void preOrder(){
        preOrder(root);
    }

    // 前序遍历以node为根的二分搜索树, 递归算法
    private void preOrder(Node node){
        if(node == null)                // 递归终止条件
            return;

        System.out.print(node.e); // 遍历进行操作
        preOrder(node.left);
        preOrder(node.right);
    }

    // 二分搜索树的非递归前序遍历
    public void preOrderNR(){
        if(root == null)
            return;
        Stack<Node> stack = new Stack<>();
        stack.push(root);
        while(!stack.isEmpty()){
            Node cur = stack.pop();
            System.out.print(cur.e);
            if(cur.right != null){              // 不用else if ,会缺少32，只会执行一个逻辑
                stack.push(cur.right);
            }
            if(cur.left != null){
                stack.push(cur.left);
            }
        }
    }

    // 二分搜索树的中序遍历
    public void inOrder(){
        inOrder(root);
    }

    // 中序遍历以node为根的二分搜索树, 递归算法
    private void inOrder(Node node){
        if(node == null)
            return;

        inOrder(node.left);
        System.out.print(node.e);
        inOrder(node.right);
    }

    // 二分搜索树的后序遍历
    public void postOrder(){
        postOrder(root);
    }

    // 后序遍历以node为根的二分搜索树, 递归算法
    private void postOrder(Node node){
        if(node == null)
            return;

        postOrder(node.left);
        postOrder(node.right);
        System.out.print(node.e);
    }

    // 二分搜索树的层序遍历  使用队列,队列是个接口
    public void levelOrder(){
        if (root == null)
            return;
        Queue<Node> queue = new LinkedList<>();
        queue.add(root);
        while (!queue.isEmpty()){
            Node cur = queue.remove();
            System.out.print(cur.e);

            if(cur.left != null)
                queue.add(cur.left);
            if(cur.right != null)
                queue.add(cur.right);
        }
    }


    // 寻找二分搜索树的最小元素
    public E minimum(){
        if(size == 0)
            throw new IllegalArgumentException("BST is empty");
        return minimum(root).e;
    }

    // 返回以node为根的二分搜索树的最小值所在的节点
    public Node minimum(Node node){
        if(node.left == null)
            return node;
        return minimum(node.left);
    }

    // 寻找二分搜索树的最大元素
    public E maximum(){
        if(size == 0)
            throw new IllegalArgumentException("BST is empty");
        return maximum(root).e;
    }

    // 返回以node为根的二分搜索树的最大值所在的节点
    public Node maximum(Node node){
        if(node.right == null)
            return node;
        return maximum(node.right);
    }

    /* ========================================== 删除节点============================*/
    // 从二分搜索树中删除最小值所在节点, 返回最小值
    public E removeMin(){
        E ret = minimum();
        root = removeMin(root);
        return ret;
    }

    /**
     * 删除掉以node为根的二分搜索树中的最小节点
     * 被删除节点 如果有右子树,将其变为被删除节点父节点的左子树
     * @param node
     * @return  删除节点后新的二分搜索树的根
     */
    private Node removeMin(Node node){
        if(node.left == null){
            Node rightNode = node.right;        // 保存当前节点的右子树
            node.right = null;
            size--;
            return rightNode;                   // node 的右子树对应的根节点
        }
        // 如果还有左子树,继续删除,并返回左子树,递归,根节点依旧是Node
        node.left = removeMin(node.left);
        return node;
    }

    // 从二分搜索树中删除最大值所在节点
    public E removeMax(){
        E ret = maximum();
        root = removeMax(root);
        return ret;
    }

    /**
     * 删除掉以node为根的二分搜索树中的最大节点
     * 被删除节点如果有左子树,将其变为被删除节点父节点的右子树
     * @param node
     * @return  返回删除节点后新的二分搜索树的根
     */
    private Node removeMax(Node node){
        if(node.right == null){
            Node leftNode = node.left;
            node.left = null;
            size--;
            return leftNode;
        }
        node.right = removeMax(node.right);
        return node;
    }

    /**
     * 从二分搜索树中删除元素为e的节点
     */
    public void remove(E e){
        root = remove(root,e);
    }

    /**
     * 删除掉以node为根的二分搜索树中值为e的节点, 递归算法
     * @param node
     * @param e
     * @return 返回删除节点后新的二分搜索树的根
     */
    private Node remove(Node node, E e){
        if (node == null)
            return null;
        if(e.compareTo(node.e) < 0){        // 被删除元素小于根节点,向左走
            node.left = remove(node.left, e);
            return node;
        }else if(e.compareTo(node.e) > 0){
            node.right = remove(node.right,e);
            return node;
        }else{  // e.compareTo(node.e) == 0
            // 待删除节点左子树为空的情况
            if(node.left == null){
                Node rightNode = node.right;    // 保存右子树,
                node.right = null;              // 将右子树断开关系
                size --;
                return rightNode;
            }

            // 待删除节点右子树为空的情况
            if(node.right == null){
                Node leftNode = node.left;
                node.left = null;
                size --;
                return leftNode;
            }

            // 待删除节点左右子树均不为空的情况

            // 找到比待删除节点大的最小节点, 即待删除节点右子树的最小节点
            // 用这个节点顶替待删除节点的位置
            Node successor = minimum(node.right);
            successor.right = removeMin(node.right);
            successor.left = node.left;

            node.left = node.right = null;

            return successor;
        }
    }
    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        generateBSTString(root, 0, res);
        return res.toString();
    }

    // 生成以node为根节点，深度为depth的描述二叉树的字符串
    public void generateBSTString(Node node, int depth, StringBuilder res){
        if(node == null){
            res.append(generateDepthString(depth) + "null\n");
            return;
        }

        res.append(generateDepthString(depth) + node.e + "\n");
        generateBSTString(node.left, depth + 1, res);
        generateBSTString(node.right, depth + 1, res);
    }

    private String generateDepthString(int depth){
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        for(int i = 0 ; i < depth ; i ++)
            res.append("--");
        return res.toString();
    }
}

